DE3048543C2

DE3048543C2 - Verfahren zur Verfestigung radioaktiver Abfallkonzentrate in Bitumen

Info

Publication number: DE3048543C2
Application number: DE3048543A
Authority: DE
Inventors: Hellmut Ing.(grad.) 7132 Illingen Boden
Original assignee: Werner & Pfleiderer 7000 Stuttgart De
Current assignee: Werner & Pfleiderer 7000 Stuttgart De
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1983-03-17
Also published as: FR2496963A1; JPH0114560B2; GB2090045B; US4460499A; DE3048543A1; JPS57132099A; GB2090045A; FR2496963B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach der im Oberbegriff de ■ Anspruches 1 angegebenen Art

Die in kerntechnischen Anlagen in größeren Mengen anfallenden radioaktiven Abwässer werden üblicherweise durch Verdampfen dekcmaminiert Hierbei erfolgt ein Aufkonzentrieren des Abwassers zu einem wäßrigen Schlamm mit Salzgehalten bis ca. 40%. Salzarme Wasser aus Kreisläufen der Reaktoren wiederum werden mit Ionenaustauschern gereinigt, deren Filterharze regelmäßig ausgespült werden müssen, wobei geringere Mengen radioaktiver Abwässer anfallen.

Die wäßrigen Schlämme bzw. Konzentrate werdm anschließend von dem größten Teil des Restwassers in hierfür geeigneten Vorrichtungen befreit und in einer Verfestigungssubstanz zur endgültigen Ablagerung eingebettet

Hierbei hat »ich in besonderem Maße die Verwendung von heißem Bitumen als Verfestigungssubstanz bewährt, weil hierin Konzentrate und Harze mit ca. t>0 Gew.-% Salz eingebettet werden können.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 22 40 119 bekannt, bei dem die Filterstoffe nach vorab erfolgender teilweiser Wasserabtrennung zusammen mit radioaktivem wässerigem Fällschlamm und heißflüssigem Bitumen in eine Schneckenmaschine zur Einbettung eingebracht werden. Hierbei werden die radioaktiven Partikel in das Bitumen eingemischt und gleichzeitig unter Wärmezufuhr das vorhandene Restwasser durch Verdampfen größtenteils ausgetrieben. go

Aus der Zeitschrift »Isotopen-Praxis, 5. Jahrgang (1969), Heft 9/10, S. 376-382, sind verschiedene Verfestigungsverfahren zur Einarbeitung radioaktiver Abfallkonzentrate in Bitumen bekannt, wobei zur Untersuchung für eine Langzeitlagerung die Einarbeitung in unterschiedliche Bitumensorten erfolgt.

Die bei den bekannten Verfahren zur Anwendung gelangenden Bitumen erstarren bei Raumtemperatur, besitzen aber im Verfestigungszustand aufgrund ihrer amorphen Struktur die erforderliche Elastizität, um bei stoßartigen Beanspruchungen begrenzt Verformungen zuzulassen. Dieser amorphen Struktur wegen sind sie nur in flüssigem Zustand dosierfähig, so daß eine temperierte Flüssiglagerung erforderlich ist

Dadurch sind für eine Vorratshaltung Tanks erforderlich, die neben großem Raum- und Energiebedarf hohe Investitionskosten verursachen.

Eine Zerkleinerung und Vorratshaltung dieser Bitumenqualitäten in körniger Form ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da bei Vorratshaltung eine Agglomerierung auftritt wodurch eine exakte Dosierung erschwert ist

Es wurde schon versucht, die Verklebung und Verklumpung des Bitumens durch Zugabe von Trennmittel zu vermindern, um dadurch eine Lagerhaltung in fester Form zu ermöglichen, was jedoch nicht den erwünschten Erfolg brachte.

Bekannt und handelsüblich sind zwar auch pulver- und granulatförmige harte Bitumenqualitäten, die z. B. als Gießercisand Verwendung finden. Ihre Herstellung erfolgt wie bei weicheren Bitumenqualitäten in einem Destillationsprozeß, wobei in einem weiteren Evakuierprozeß noch zusätzlich Kohlenwasserstofföle extrahiert werden. Solche Bitumenqualitäten sind für die Einlagerung radioaktiver Abfallkonzentrate bzw. Schlämme nicht geeignet da ste Druck- und Stoßbelastungen nicht standhalten und somit nicht mit ausreichender Sicherheit deponierfähig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Verfahrensweise zur Einbettung radioaktiver Abfallkonzentrate aufzuzeigen, die trotz der strukturbedingten Klebefreudigkeit des Bitumens dessen Zudosierung unter Raumtemperatur und in Festkörperform während des Einbettungsprozesses ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst

Damit ist es möglich, dts sich vorteilhaft für die Vorratshaltung und Dosierung eignende nach Extraktion von Kohlenwasserstoffölen rieselfähige Bitumengranulat zulässig auch zur Einbettung radioaktiver Abfallstoffe heranzuziehen, indem unmittelbar mit dem Vermengungsprozeß solcher Abfallstoffe die Umwandlung des Bitumens in eine andere Qualität erfolgt

Dabei hat sich gezeigt, daß diese Umwandlung praktisch unmittelbar in Verbindung mit der bekannten Verfahrensweise zur Einbettung radioaktiver Abfall-Stoffe im Extruder dadurch ermöglicht ist, wenn dem Bitumengranulat das bei der Herstellung im Extrahierverfahren entzogene Kohlenwasserstofföl in der entsprechenden Entzugsmenge unter intensivem Mischen bei Wärmezufuhr im Extruder unmittelbar vor der Einmengung der radioaktiven Partikel wieder zugeführt wird.

Das nach Extraktion von Kohlenwasserstoffölen rieselfähig granulierte Bitumen kann aufgrund seiner geringen Penetration bei Raumtemperatur in Gebinden gelagert werden. Es neigt nicht zur Klumpenbildung und jst demzufolge z. B. mittels Zugabeschnecken leicht dosierbar.

Die erforderliche Umwandlung in ein Bitumen höherer Penetration erfolgt ohne zusätzlichen Aufwand innerhalb des Verfahrensteils, in welchem kontinuierlich die Einlagerung und Vermischung der radioaktiven Abfallkonzentrate durchgeführt wird.

Die Umwandlung durch Verknetung des Bitumengra-

nulats mit dem Kohlenwasserstofföl kann vorzugsweise bei Temperaturen bis zu 200° C erfolgen.

Du.ch die nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgende Verwendung eines Bitumengranulats in einer Körnung bis zu 5 mm ist eine optimale Dosiergenauigkeit erreicht, die eine genaue Festlegung der Qualität der Verfestigungssubstanz in Verbindung mit der zugegebenen Menge an Kohlenwasserstofföl ermöglicht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In eine zweiwellige Schneckenmaschine 1 mit ineinandergreifenden und sich gegenseitig abstreifenden Schneckenetementen 9 wird eingangs über einen Trichter 2a Bitumengranulat in gemahlenem Zustand mittels einer Dosierschnecke 3 zugeführt, gleichzeitig erfolgt die Zugabe von Kohlenwasserstofföl über die Zuführung 26 als Bitumenauszug, dessen Dichte bei 15° C ca. 1 gr/ml und dessen Viskosität bei 100° C 29 mmVsec beträgt Dabei werden in Gewichts-% etwa 76 Teile Bitumengranulat mit 24 Teilen Kohlenwasserstofföl in der Schneckenmaschine 1 bei einer Aufbereitungstemperatur bis zu !80⁹C aufgeschmolzen und vermischt Hierbei entsteht eine Bitumenquabtät, die den Anforderungen zur Endlagerung radioaktiver Abfallkonzentrate entspricht

Stromabwärts der Mischstrecke 4, die einer Länge von L = 3D, wobei D = Schneckendurchmesser, entspricht, erfolgt mittels einer Dosiervorrichtung 5 dosiert die Zugabe von radioaktivem Abfallkonzentrat, z. B. in Form von Fftllschlämmen.

Im Bereich der Zugabestelle für das die Radionuklide enthaltende Abfalikonzentrai ist das Bitumengranulat so weit zu einem für die Endlagerung geeigneten Bitumen weicher und elastischer Struktur homogenisiert, daß das Abfallkonzentrat eingemischt werden kann. Nachfolgend wird der Wasseranteil des Mischgutes über Entdampfungsdome 6 größtenteils abgezogen und das Endprodukt über eine Austragsöffnung 7 in bereitstehende Endlagerbehälter 8 ausgetragen.

Aufgrund der intensiven Misch- und Scherwirkung der auf einer Welle aufgezogenen Schnecken- und Knetelemente 9 ist sowohl eine Umwandlung des Bitumengranulats als auch unmittelbar die homogene Vermischung der radioaktiven Abfallstoffe mit der aufbereiteten Verfestigungssubstanz innerhalb ein und derselben Vorrichtung ermöglicht

Durch Zumischung geringerer Mengen Kohlenwasserstofföl zum Bitumengranulat können auch etwas härtere Bitumenqualitäten hergestellt i/erdec Diese härteren Bitumenqualitäten sind als Veifesfigungssubstanz besonders dann günstig, wenn die zu verarbeitenden Abfallstoffe hochradioaktiv sind bzw. während der Endlagerperiode eine hohe integrale Dosisleistung erwarten lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verfestigung radioaktiver Abfallkonzentrate in Bitumen mittels eines Extruders, bei dem Abfallkonzentrate bei erhöhter Temperatur unter Ausdarapfung des Wasseranteils in Bitumen eingemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach Extraktion von Kohlenwasserstoffölen rieselfähig granuliertes Bitumen verwendet wird, daß das Bitumengranulat gemeinsam mit einem Kohlenwasserstofföl in den Extruder eindosiert und längs einer Mischstrecke unter Wärmezufuhr verknetet wird und daß die Abfallkonzentrate stromabwärts nach der Mischstrecke zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknetung des Bitumengranulats mit dem Kohlenwasserstofföl bei Temperaturen bis zu 200-C erfolgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bitumengranulat mit einer Körnung bis S mm verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 3 Teilen Bitumengranulat bis zu ein Teil Kohlenwasserstofföl zugegeben wird